论网格技术在教育领域中的应用与分析

郭　玉

摘要：网格是近年来出现的一种新的模式，网络计算，并与传统的Web计算模型的比较，以反映不同的特点。网格的优点是有效和深远的影响。用自己的手，以高效能运算资源，以实现校园网的网格可以提高自己的工作效率，教师可以迅速地寻找，定位媒体资源，和管理人员，可以更有效地分配IT资产，从现有的信息技术资金得到更多价值。它实现了全面连通的网络资源，成本低，效率高，使用方便等优点。这项技术的目的是教育事业带来了机遇和挑战！

关键词：网格；教育管理；信息服务

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)18-20ppp-0c

On the Grid in the Field of Education and Analysis of the Application

GUO YU

(Guangdong Vocational College of Posts & Telecom, Guangzhou 510630, China)

Abstract: Grid is the emergence of a new model of network computing in recent years.With the traditional Web computing model compared to reflect different characteristics. Grid advantage is effective and far-reaching. Use their hands to high-performance computing resources to achieve the campus network, grid can improve their work efficiency. Teachers can quickly find positioning media resources,Also,management staff can be more efficient allocation of IT assets.From the existing information technology, They can get more value. It implements the full connectivity of network resources, a low cost, high efficiency, ease to use. This technology to the cause of education has brought about opportunities and challenges.

Key words: Grid; Education Management; Information Grid services

1 引言

信息化的浪潮下，人类的应用需求正朝着高性能、多样化、多功能方向发展，需要计算能力更强大的计算机。网格可以实现计算资源、数据资源、信息资源、知识资源等的全面共享。从而建立一个能够实现区域或全球合作或协作的虚拟科研和实验环境，支持以大规模计算和数据处理为特征的科学活动。网格系统的建立，有利于各计算机的资源共享，充分利用硬件和软件资源，在节约成本的同时，还将使其在基础研究、能源、金融、医疗、交通、教育、环保等领域发挥空前的作用。

2 网格技术的相关概念

2.1网格计算的定义

“网格计算”这个词是伊恩?福斯特(Ian Foster)博士于上世纪九十年代后期在美国Argonne国家实验室提出的，他最初的意思是指把计算机的计算能力和电力供应相类比，如果需要某些计算只要通过电线传输即可获得，如同电力供应一样，并不需要知道它从哪里传输过来。

伴随互联网技术迅速发展起来的，是利用互联网把分布在不同地理位置的计算机组织成一个“虚拟的超级计算机”。其中每台参与计算的计算机就是一个“节点”，而整个计算是由成千上万“节点”组成的“一张网格”，所以这种技术叫网格技术。

2.2网格技术冲破传统网络

随着计算机网络技术的发展及其广泛深入的应用，网络计算模式亦呈现不同的发展趋势。网格技术模式与传统的的主流Web计算模式相比有所不同。它建立在Internet之上，总的趋势是从集中计算模式向分布式计算模式方向延伸。

网格是建立在Internet基础上的，不会替代它们。Internet的出现，将独立的计算机个体连成网络，计算机可以做包括电子商务在内的更多事情。但是各行业在应用层面上的互联互通远远没有实现，而网格将能实现应用层面上的互联互通，即用户使用层面上的互联互通。

网格比Internet具有更强的功能和性能，表现在四个方面：网格的互联网络比Internet具有更大的带宽；网格上将有更多高性能计算机，计算速度、数据处理可以大幅度提高；网格的体系结构将比Internet更能有效地利用资源；网格将促进更多更大的网上社区的出现。

3 网格系统的特性

3.1 异构性

网格环境由分布在广域网上不同管理域的各种不同类型的计算资源组成，并且每类资源有不同的属性。实现异构机器间的合作和转换是首要问题。

3.2 分布与共享

分布是网格硬件在物理上的特征，而共享是在网格软件支持下实现的逻辑上的特征。网格资源虽然是分布的，但他们却是可以充分共享的。解决分布资源的共享问题是网格的核心内容。共享的含义不仅指一个地方的计算机可以用来完成其他地方的任务，还可以指中间结果、数据库以及人才资源等各方面的内容。

3.3 自相似性

网格的局部和整体之间存在着一定的相似性。局部往往在许多地方具有全局的某些特征，而全局的特征在局部中也有一定的体现。

3.4 动态多样性

不仅网格环境下的一些资源本身具有动态性，在整个网格环境下，随着计算资源、数据资源等的不断加入和撤销、故障等原因，网格系统下的局部环境也在动态的改变着。在网格的设计与实现时，必须考虑到新的资源能够很自然加入到网格中来，并且可以和原来的资源融合在一起，共同发挥作用。

3.5 自治性与管理的多重性

网格环境下的局部资源既属于个人或机构，由个人对资源作相应的管理和维护，又要在网格系统作整体部署的时候，由网格管理员根据系统里任务的情况统一调度网格环境下的资源。

4 网格在教育领域中的应用

4.1 问题的提出

在学校的日常管理中，学籍管理工作琐碎而繁杂。计算机与互联网在教育领域的应用，可以将学籍信息保存在数据库中。以往的解决方案是这样的：教育主管部门开设服务器，建立数据库。各个学校通过Web形式远程登录，进行各自学校信息的更新，包括学生的录取、转学、休退、毕业、分班、师资、考核、成绩等校内事务。同时服务器向主管部门提供查询和评价功能。

这种形式管理的好处是规格统一，使用方便，实时更新。但有两大弊端：一是学籍管理中信息的变更非常频繁，众多客户端蜂拥而至登录一台服务器，对数据库进行操作，增加了服务器的负荷，往往造成效率下降；二是安全稳定性存在隐患，如果服务器因病毒感染或黑客入侵等原因，而暂时无法使用，那么整个教育学籍管理被迫停滞，造成巨大损失。

4.2 原型设计

该系统的网格原型如图1所示。

图1 原型示意图

用户代理(User Agent)：用户通过用户代理连接连接互联网。用户代理向众多信息服务端产生查询请求，各该服务请求采用远程过程调用的方式，直接调用远程方法。

信息服务端(Information Server)：每个学校拥有自己的信息服务端作为网格系统的中间件，一边与互联网相连，一边连接本地数据库。安装在地理位置不同的各个学校的计算机上，负责建立信息查询服务。对于信息查询服务必须有相对应的信息数据库来满足用户代理需求，一旦出现需求不能完全满足的情况下，就需要根据已有的数据和还差的数据选择合适的其他的信息服务端，从而实现完整的数据查询请求。作为该网格系统的中间件，它主要有以下几个功能：

（1）维护数据。在统一的格式下对本地数据库进行添加、删除、修改等操作，这样便于数据的汇总和传递。这是系统实现的基础。

（2）接受查询。根据用户代理提出的查询请求，对数据库数据进行查询，返回符合条件的信息。如果不能完全满足请求，可以向其他信息服务端进行转移。

（3）发布广播。向Internet上的其他信息服务端发布负载状况、更新进度等消息。

（4）下载更新。此功能与上一功能相对应，在计算机较空闲时，自动更新下载其他信息服务端的内容。这是一种有益的冗余，当某个信息服务端负载过大时，把用户代理的查询请求转移到其他信息服务端。因为其他信息服务端已经事先下载了该端的内容，从而实现同样的查询操作。此功能是这个系统的核心。

（5）安全保障。通过身份验证、数据加密等技术手段，确保系统及数据传输的安全和稳定地工作。这是系统强有力的“保护伞”。

4.3 系统运行流程

首先，用户（比如上级管理部门）通过用户代理向信息服务端提出服务请求(Request)，信息服务端对请求进行预处理，看该请求是针对哪个或哪几个学校数据库的请求。信息服务端首先查看本地数据库，看能否找到请求所需的所有信息，如果可以找到，则将所找到的信息返回给用户代理；如果不能找到完整信息，则根据请求和本地所得数据以及其他信息服务端所能提供的信息产生服务转移(Serve Transfer)，将所得数据同客户信息以及查找所差数据内容一起发送到其他信息服务端，由其他服务端根据服务转移来的请求在该服务器上进行后继数据查询。如还不能完全满足请求，继续服务转移，直到得到完整数据后，发送回用户代理。

4.4 系统性能分析

在这个网格技术的应用中，不需要事先部署用户应用程序，用户只需提交新的查询请求，然后得到结果。对于本系统而言，与传统的C/S（客户端/服务器）模型相比最大的区别在于如何处理本地无法查到的信息。本系统采用的是产生服务转移到别的信息服务端进行信息查询的处理方式，这是传统方式没有采用的。其透明性和处理系统变化的能力是由服务转移的特点来决定的。由于使用了服务转移，它可以实现跨组织的计算资源的动态共享，每次共享的计算资源都是动态实时的。网络的具体分布对于用户而言是完全透明的。对于动态变化的网络环境，它可以动态地选择目标资源，这使得整个系统就拥有了透明和动态适应的能力。

5 结束语

网格技术为教育带来了机遇，同时也使教育面临着巨大的挑战。网格计算描述的美好未来，应该是人们将看不到计算机系统，看到的只是各种各样的服务。本质上的变化是高生产率服务。计算机要适应新的需求，更好地支持网格化的应用，从而提供高生产率服务。目前网格技术还没有正式的标准和协议，还有网格安全和管理等问题也处于探索阶段，因此还需要在这些方面进行深入的研究。随着网格技术的不断发展，这些问题必将被解决，网格

技术也必将促进教育的新发展！

参考文献：

[1] Ian?Foster，C?Kesselman.The Grid:Blueprint for a New Computing Infrastructure [M].California:Morgan Kaufmann Pub,1998．

[2] 都志辉,陈渝,刘鹏.网格计算[M].北京：清华大学出版社,2002.

[3] 徐志伟,冯百明,李伟.网格计算技术[M].北京：电子工业出版社,2004.

[4] 郑纬民,汤志忠.计算机系统结构（第二版）[M].北京：清华大学出版社,1998.

[5]（美）William?A?Shay,著,高传善,译.数据通讯与网络教程（第三版）[M].北京：机械工业出版社,2005.

收稿日期：2008-04-13